História mangánu, vlastnosti, štruktúra, použitie

On mangán Je to chemický prvok, ktorý pozostáva z prechodného kovu, ktorý predstavuje symbol MN a ktorého atómové číslo je 25. Volá sa v súčasnosti Black Magnesia, dnes.

Je to dvanásť najhojnejších prvkov zemskej kôry, ktorá je v rôznych mineráloch, ako sú ióny s rôznymi oxidačnými stavmi. Zo všetkých chemických prvkov sa mangán vyznačuje prezentovaním vo svojich zlúčeninách s mnohými oxidačnými stavmi, z ktorých +2 a +7 sú najbežnejšie.

Kovový mangán. Zdroj: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Vo svojej čistej a kovovej podobe nemá príliš veľa aplikácií. Môže sa však pridať do ocele ako jeden z hlavných prísad, aby sa stala nerez. Jeho história teda úzko súvisí s históriou železa; Aj keď boli ich zlúčeniny prítomné v jaskynných maľbách a starovekom skle.

Jeho zlúčeniny nachádzajú aplikácie v rámci batérií, analytických metód, katalyzátorov, organických oxidácií, hnojív, skla a keramického sfarbenia, sušičiek a výživových doplnkov na uspokojenie biologického dopytu mangánu v našich telách.

Podobne sú zlúčeniny mangánu veľmi farebné; Bez ohľadu na to existujú interakcie s anorganickými alebo organickými druhmi (Organomanganese). Jeho farby závisia od stavu počtu alebo oxidácie, ktoré sú najreprezentatívnejším +7 v oxidačnom a antimikrobiálnom činidlách KMNO₄.

Okrem predchádzajúcich použití pre mangánu sú jeho nanočastice a organické kovové rámce možnosti vývoja katalyzátorov, adsorbentových tuhých látok a materiálov elektronických zariadení.

[TOC]

História

Začiaty mangánu, napríklad mnohých ďalších kovov, sú spojené s začiatkami ich najhojnejších minerálov; V tomto prípade pyrolusit, mno₂, ktoré nazývali čierna magnézia, pre svoju farbu a pretože sa zbierala v Magnesii v Grécku. Jeho čierna farba sa používala aj vo francúzskych jaskynných obrazoch.

Jeho krstné meno bolo mangán, ktorý dal Michele Mercati a potom sa zmenil na mangán. MNO₂ Používala sa tiež na sfarbenie skla a podľa určitých vyšetrovaní sa našlo v mečoch Spartans, ktorý už vyrábala svoje vlastné ocele.

Farby ich zlúčenín boli obdivované z mangánu, ale až v roku 1771 navrhla švajčiarska chemik Carl Wilhelm svoju existenciu ako chemický prvok.

Neskôr, v roku 1774, sa Johan Gottlieb Gahn podarilo zredukovať baňu₂ k kovovému mangánu pomocou minerálneho uhlia; V súčasnosti sa hliníkom zníži alebo transformovaný na soľ sulfátu, MGSO₄, ktorý končí elektroly.

V devätnástom storočí mangán získal svoju obrovskú obchodnú hodnotu tým, že preukázal, že zlepšila pevnosť ocele bez toho, aby zmenila svoju kláštornosť a produkuje feromangány. Tiež MNO₂ Našiel použitie ako katódový materiál v zinkových-uhlíkových a alkalických batériách.

Vlastnosti

Vzhľad

Kovová strieborná farba.

Atómová hmotnosť

54 938 u

Atómové číslo (z)

25

Bod topenia

1.246 ° C

Bod varu

2.061 ° C

Hustota

-Pri teplote miestnosti: 7,21 g/ml.

-V bode topenia (kvapalina): 5,95 g/ml

Fúzne teplo

12,91 kj/mol

Odparovanie

221 kJ/mol

Molárna kalikára

26,32 J/(mol · k)

Elektronegativita

1,55 v Pauling Scale

Ionizačné energie

Prvá úroveň: 717,3 kJ/mol.

Druhá úroveň: 2.150, 9 kJ/mol.

Tretia úroveň: 3.348 kj/mol.

Atómové rádio

Empirický 127 hod

Tepelná vodivosť

7,81 w/(m · k)

Elektrický odpor

1,44 µΩ · m pri 20 ° C

Magnetický poriadok

Paramagnetický, slabo priťahuje elektrické pole.

Tvrdosť

6.0 na stupnici Mohs

Chemické reakcie

Mangán je menej elektronegatívny ako jeho najbližší susedia v periodickej tabuľke, čo ho robí menej reaktívnymi. Môže však horieť vo vzduchu v prítomnosti kyslíka:

3 Mn (s) +2 o₂ (g) => Mn₃Ani₄ (S)

Môžete tiež reagovať s dusíkom pri približnej teplote 1.200 ° C, na vytvorenie mangánu nitruro:

3 Mn (s) +n₂ (s) => Mn₃N₂

Je tiež priamo kombinovaný s bórom, uhlíkom, síra, kremíka a fosforu; ale nie s vodíkom.

Mangán sa rýchlo rozpustí v kyselinách a spôsobuje soli s mangánskym iónom (MN²⁺) a uvoľnenie plynu vodíka. Reaguje tiež s halogénmi, ale vyžaduje vysoké teploty:

Môže vám slúžiť: bromid sodný (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organokompozity

Mangán môže tvoriť väzby s atómami uhlíka, Mn-C, čo mu umožňuje spôsobiť sériu organických zlúčenín nazývaných organomanganese.

V organomanganessoch sú interakcie spôsobené odkazmi Mn-C alebo Mn-X, kde X je halogén alebo polohovanie pozitívneho stredu mangánu s elektronickými oblastiami π konjugátových systémov aromatických zlúčenín.

Ako príklady predchádzajúceho₅H₄Chvály₃) -Mn- (co)₃.

Tento posledný organomanganský tvorí Mn-C spojenie s CO, ale súčasne interaguje s aromatickým oblakom kruhu C₅H₄Chvály₃, Vytváranie polovičnej štruktúry:

Metylcipentadienele mangán trikarbonil. Zdroj: 31Feesh [CC0]

Izotopy

Má iba stabilný izotop ⁵⁵Mn so 100 % hojnosťou. Ostatné izotopy sú rádioaktívne: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn a ⁵⁷Mn.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Štruktúra mangánu pri izbovej teplote je zložitá. Aj keď sa považuje za kubický sústredený na telo (BCC), experimentálne sa jej jednotková bunka ukázala ako skreslená kocka.

Táto prvá fáza alebo alotropná (v prípade kovu ako chemického prvku), nazývaného a-MN, je stabilná až do 725 ° C; Dosiahol túto teplotu, prechod sa vyskytuje na iného rovnako „zriedkavého“ alotropického, β-Mn. Potom Alotrop β prevláda až 1095 ° C, keď sa opäť transformuje na tretí alotropický: y-Mn.

Y-Mn má dve diferencovateľné kryštalické štruktúry. Kubický sústredený na tvár (FCC) a druhý tetragonálny sústredený na tvár (FCT) Tetragonálny) pri izbovej teplote. A nakoniec, pri 1134 ° C sa y-Mn transformuje do Alotropu A-Mn, ktorý kryštalizuje v bežnej BCC štruktúre.

Mangán má teda až štyri alotropné formy, všetky závislé od teploty; A pokiaľ ide o tých, ktorí sú závislí od tlaku, nie je príliš veľa bibliografických odkazov na ich konzultáciu.

V týchto štruktúrach sú atómy MN zjednotené kovovým zväzkom riadeným ich valenčnými elektrónmi podľa ich elektronickej konfigurácie:

[AR] 3D⁵ 4s²

Oxidačné stavy

Elektronická konfigurácia mangánu nám umožňuje pozorovať, že má sedem valenčných elektrónov; päť v 3D orbitáli a dva v orbitáli 4S. Pri strate všetkých týchto elektrónov počas tvorby ich zlúčenín, za predpokladu existencie MN katiónu⁷⁺, Hovorí sa, že získava oxidačné číslo +7 alebo Mn (vii).

KMNO₄ (K⁺Mn⁷⁺Ani^2-₄) Je to príklad zlúčeniny s Mn (VII) a je ľahké ju rozpoznať pre svoje jasne fialové farby:

Dve riešenia KMNO4. Jeden koncentrát (vľavo) a druhý zriedený (vpravo). Zdroj: Pradana Aumars [CC0]

Mangán môže postupne stratiť každý zo svojich elektrónov. Jeho oxidačné čísla teda môžu byť tiež +1, +2 (MN²⁺, najstabilnejší zo všetkých), +3 (Mn³⁺), a tak ďalej do +7, už spomenuté.

Čím pozitívnejšie sú oxidačné čísla, tým väčšia je jej tendencia získavať elektróny; To znamená, že jeho oxidačná sila bude väčšia, pretože elektróny „kradnú“ iným druhom, aby znížili a dodávali elektronický dopyt. Preto KMNO₄ Je to skvelé oxidačné činidlo.

Farby

Všetky zlúčeniny mangánu sa vyznačujú farebnými a dôvodom je elektronické prechody D-D, odlišné pre každý oxidačný stav a ich chemické prostredie. Zlúčeniny Mn (vii) sú zvyčajne fialové, zatiaľ čo napríklad zostávajúce Mn (vi) a Mn (V) sú napríklad zelené a modré.

Zelený roztok manganátu draselného, ​​K2MNO4. Zdroj: Choij [verejná doména]

Mn (ii) zlúčeniny vyzerajú trochu vyblednuté a kontrastujú s KMNO₄. Napríklad Mons₄ a mcl₂ Sú to pevné svetlo ružové farby, takmer biele.

Môže vám slúžiť: Zinok: História, vlastnosti, štruktúra, riziká, použitia

Tento rozdiel je spôsobený stabilitou MN²⁺, ktorých elektronické prechody vyžadujú viac energie, a preto sotva absorbuje žiarenie viditeľného svetla odrážaním takmer všetkých.

Kde je horčík?

Minerálna Pirolusita, najbohatší zdroj mangánu Kôry Zeme. Zdroj: Rob Lavinsky, Irocks.com-ccy-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Mangán predstavuje 0,1 % zemskej kôry a zaberá dvanásť miest medzi prvkami prítomnými v nej. Jeho hlavné ložiská sa nachádzajú v Austrálii, Južnej Afrike, Číne, Gabóne a Brazílii.

Medzi hlavné minerály mangánu patria:

-Pyrolusit (MNO₂) So 63% Mn

-Ramsdelita (MNO₂) So 62% Mn

-Manganita (MN₂Ani₃· H₂O) so 62% Mn

-Cryptomelaan (KMN₈Ani₁₆) So 45 - 60% MN

-Hausmanita (Mn · Mn₂Ani₄) So 72% Mn

-Braunita (3Mn₂Ani_{3 ·}Mnsio₃) s 50 - 60% MN a (MNCO₃) So 48% Mn.

Iba minerály obsahujúce viac ako 35% mangánu sa považujú za komerčne využiteľné.

Aj keď v morskej vode je veľmi málo mangánu (10 ppm), na podlahe morského dna sú dlhé oblasti pokryté mangánskymi uzlinami; Nazývajú sa aj polymetalické uzly. V nich sú zhluky mangánu a nejaké železo, hliník a kremík.

Rezerva mangánu v uzlinách sa odhaduje v množstve omnoho vyššej ako rezerva kovu na zemskom povrchu.

Vysoké uzliny obsahujú medzi 10 a 20% mangán, s nejakým meďou, kobaltom a niklom. Existujú však pochybnosti o komerčnej ziskovosti ťažobného vykorisťovania uzlov.

Potraviny s mangánom

Mangán je podstatným prvkom stravy človeka, pretože zasahuje do vývoja kostného tkaniva; ako aj v ich tvorbe a syntéze proteoglykánov, trénerov chrupavky.

Za týmto všetkým je potrebná primeraná strava mangánu, pričom výber potravín, ktoré obsahujú prvok.

Nasleduje zoznam potravín obsahujúcich mangán, pričom hodnoty vyjadrené v MG mangánu/100 g potravín:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Malina a jahoda 0,71 mg/100g

-Čerstvý banán 0,27 mg/100g

-Varený špenát 0,90 mg/100g

-0,45 mg/100 g sladkých zemiakov

-Soja Porto 0,5 mg/100g

-Varené kučeravé 0,22 mg/100g

-Brokolica varená 0,22 mg/100g

-Konzervovaná cícer 0,54 m/100 g

-Varené quinoa 0,61 mg/100g

-Integrálna pšeničná múka 4,0 mg/100g

-Varená komplexná ryža 0,85 mg/100 g

-7,33 mg/100g obilniny značky

-Semená chia 2,33 mg/100g

-Ochutnané mandle 2,14 mg/100g

S týmito potravinami je ľahké splniť požiadavky mangánu, ktoré sa odhadovali u mužov v 2,3 mg/deň; Zatiaľ čo ženy potrebujú požičať deň 1,8 mg/mangán.

Biologický dokument

Mangán zasahuje do metabolizmu uhľohydrátov, proteínov a lipidov, ako aj do tvorby kostí a v obrannom mechanizme proti voľným radikálom.

Mangán je kofaktor pre aktivitu mnohých enzýmov vrátane: superxid reduktázy, ligy, hydrolázy, kinázy a dekarboxylázy. Nedostatok mangánu súvisí s chudnutím, nevoľnosťou, zvracaním, dermatitídou, oneskorením rastu a abnormalitami kostry.

Mangán zasahuje do fotosyntézy, konkrétne do fungovania fotosystému II, súvisiace s disociáciou vody za vzniku kyslíka. Interakcia medzi fotosystémami I a II je potrebná pre syntézu ATP.

Mangán sa považuje za nevyhnutný na fixáciu dusičnanov rastlinami, zdrojom dusíka a primárnej výživovej zložky rastlín.

Žiadosti

Oceľové ocele

Mangán je iba kov s nedostatočnými vlastnosťami pre priemyselné aplikácie. Keď sa však zmieša v malých rozmeroch s liatinou, výsledkom je oceľ. Táto zliatina, nazývaná Feromanganese, sa tiež pridáva do iných ocelí, čo je nevyhnutnou súčasťou, aby sa stala nehrdeľou.

Nielenže zvyšuje jeho odolnosť voči opotrebeniu a pevnosti, ale aj deoxygénu a parasforila, odstraňuje atómy S alebo a nedosiahnutá pri výrobe ocele. Vytvorený materiál je taký silný, že sa používa na vytváranie železníc, klietok vo väzeniach, prilbách, trezoroch, kolesách atď.

Môže vám slúžiť: Rádio: Štruktúra, vlastnosti, použitie, získanie

Mangána môže tiež zliatinovať medi, zinok a nikel; to znamená, aby sa vytvorili neoterné zliatiny.

Hliníkové plechovky

Mangán sa používa aj na výrobu hliníkových zliatin, ktoré sa zvyčajne prideľujú na výrobu plynových plechoviek alebo pív. Tieto zliatiny AL-MN sú odolné voči korózii.

Hnojivo

Pretože mangán je prospešný pre rastliny, ako MNO₂ alebo mgso₄ Nájdite použitie pri formulácii hnojív, takže pôdy sú obohatené v tomto kovu.

Oxidačný činiteľ

Mn (vii), výslovne ako kmno₄, Je to silné oxidačné činidlo. Jeho činnosť je taká, že pomáha dezinfikovať vody, pričom zmiznutie jej fialovej farby naznačuje, že neutralizovala prítomné mikróby.

Slúži tiež ako názov v analytických redoxných reakciách; Napríklad pri určovaní železa železa, síranov a peroxidov vodíka. A navyše je činidlom na vykonávanie určitých organických oxidácií, väčšinu časovej syntézy karboxylových kyselín; Medzi nimi kyselina benzoová.

Pohár

Sklo prirodzene predstavuje zelenú farbu kvôli obsahu oxidu železitého alebo železných kremičit. Ak sa pridá zlúčenina, ktorá môže nejako reagovať so železom a izolovať ju od materiálu, sklo sa zmení alebo stratí svoju charakteristickú zelenú farbu.

Keď je mangán pridaný ako MNO₂ S týmto účelom a ničím viac, priehľadné sklo končí nabíjaním ružových, fialových alebo modrobody; Dôvod, prečo sa vždy pridávajú iné kovové ióny, aby pôsobili proti takémuto účinku a udržali bezfarebné sklo, ak je to túžba.

Na druhej strane, ak je môj prebytok₂, Sklo sa získava hnedými alebo dokonca čiernymi nuancami.

Sušičky

Mangánové soli, najmä MNO₂, Mn₂Ani₃, MSSO₄, MNC₂Ani₄ (oxalát) a ďalšie sa používajú na suché ľanové semená alebo nízke teploty.

Nanočastice

Rovnako ako iné kovy, aj ich kryštály alebo agregáty môžu byť také malé, až kým nedosiahnu nanometrické stupnice; Sú to, mangánové nanočastice (NPS-MN), vyhradené pre aplikácie mimo ocele.

NPS-MN poskytuje väčšiu reaktivitu, keď sa zaoberajú chemickými reakciami, kde kovový mangán môže zasiahnuť. Aj keď je vaša metóda syntézy zelená, pomocou rastlín alebo mikroorganizmov, priateľskejšia bude vaše potenciálne aplikácie v prostredí.

Niektoré z jeho použití sú:

-Čistia odpadovú vodu

-Výživové požiadavky na mangán

-Slúžia ako antimikrobiálne a protiplesňové činidlo

-Degradujú farbivá

-Sú súčasťou lítium iónových super c fornset

-Katalyzujú epoxidáciu olefínu

-Výňatky DNA sa čistia

Medzi týmito aplikáciami sa môžu nanočastice ich oxidov (NPS MNO) zúčastniť alebo dokonca nahradiť kovové.

Organické kovové rámy

Mangánové ióny môžu interagovať s organickou matricou na vytvorenie organického kovového rámca (MOF: Kovový organický rámec). V rámci pórov alebo interstitiek tohto typu tuhej látky, so smerovými väzbami a dobre definovanými štruktúrami, sa môžu vyrábať a katalyzovať chemické reakcie.

Napríklad od MNCL₂4H₂Alebo, benzenotricarboxylová kyselina a N, N-imetylformamid, sú tieto dve organické molekuly koordinované s MN²⁺ Na vytvorenie MOF.

Tento MOF-MN je schopný katalyzovať oxidáciu alkánov a alkénov, ako napríklad: cyklohexen, úsek, cyklooocténo, Adamantano a etylbenzén, pričom ich transformuje na epoxidy, alkoholy alebo ketone. Oxidácie sa vyskytujú vo vnútri tuhej látky a jej zložitých kryštalických (alebo amorfných) sietí.

Odkazy

1. M. Zváranie a ďalšie. (1920). Mangán: Použitie, príprava, náklady na ťažbu a výroba ferro-zliatiny. Získané z: Digicoll.Manoa.Havaj.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangán. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. J. Bradley a J. Thewlis. (1927). Kryštalická štruktúra a-mangánu. Zdroj: RoyalsocieTyTyPishing.orgán
4. Úplné f. (2019). Mangán: fakty, použitie a výhody. Štúdium. Získané z: štúdie.com
5. Kráľovská spoločnosť chémie. (2019). Tabuľka obdobia: Mangán. Získané z: RSC.orgán
6. Vahid h. & Nasser G. (2018). Zelená syntéza nanočastíc mangánu: aplikácie a budúca perspektíva-preskúmanie. Journal of Phoochemistry and Photobiology B: Biology Zväzok 189, strany 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangán. Získané z: Chemguide.co.Uk
8. Farzaneh & l. Hamidipour. (2016). Mn-kovový organický rámec ako heterogénny katalyzátor pre oxidáciu alkánov a alkénov. Journal of Sciences, Iran Iránska islamská republika 27 (1): 31 - 37. Teheránska univerzita, ISSN 1016-1104.
9. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Mangán. Databáza pubchem. CID = 23930. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda